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[摘 要]介绍了姚桥煤矿综放工作面由于受地质条件、采动压、断层等影响，综放工作面上出口经常出现撞帮安全出口不够或出口宽度过大的现象，人工扩建安全出口或人工架设单体支护出口顶板，安全风险高。通过对ZF5200液压支架进行改造，作为综放工作面上出口支护支架，在实际应用中，支护强度大，操作方便，与工作面大功率设备配套使用，提高了效率的同时增强了安全系数，获得了较好的使用效果。
[关键词]综放工作面；出口支护；支护架型；支架支护强度
中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0259-02
随着科技推进，煤矿高效集约化生产技术的开发及高效能、高可靠性、大功率、重型化采煤装备的引用投入，有力的提升了矿井的生产能力。我矿单工作面装机功率达6000KW、设备投资三亿多元，整体装备的先进性、性能优越性达国际先进水平。然而，事物总在不断实践中得以修正升华：在生产应用中，受地质条件、采动压、断层等影响，综放工作面上出口经常出现撞帮安全出口不够或出口宽度过大的现象。撞帮时需人工扩建安全出口；出口宽度较大时需人工架设单体支护出口顶板：存在费工费力效率低下、安全风险高，其威胁安全的同时一直影响工作面整体装备协调性的发挥。克服综放工作面上出口支护问题的实用性和必要性是显而易见的！
根据现场受采动压影响，巷道易变形及工作面设备配套设施综合分析：我矿采用1500mm宽架型，整体支架重24吨以上，在工作面生产中刮板输送机上下微调及巷道变形受空间限制，很难实现机动调整，上出口的支护设备缺乏机动性、灵活性是其问题的根本。
一、综放工作面上出口支护的基本要求：
1. 满足支护强度适应顶板下沉、来压的变化，有效控制顶板，防止顶板冒落；
2. 满足底板压比，避免出现陷底影响支护性能和移架，具备良好的稳定性好；
3. 通用性，满足矿区各种架型的配套要求；保证安全的工作空间；
4. 便于操作、维护、易于拆卸，机动灵活；
5. 经济节约，在现有设备基础上改造应用；
6. 连接部分，加工以适应SGZ764/630、SGZ630/200、SGZ800/1050刮板输送机机尾筋板连接座的简易连接装置，进行连接以满足移架要求；
二、架型参数确定：
1.根据矿井现场实际顶板运动参数和顶板支护强度计算确定架型基本参数
1）用估算法确定顶板载荷
P=（m×r×n）/（ K-1）× cosα
=（2.5×2.5×2.4）/（1.3-1）× cos15°
=51.8t/m2=0.52 Mpa
式中：P ─ 支架单位面积上应有的荷载；t/m2
m ─ 煤层开采厚度；m，取2.5
r ─ 顶板岩石容重；t/m3，取2.5
k ─ 顶板岩石破碎膨胀系数；取1.3
n ─ 考虑顶板周期来压支架受力不均衡时的安全系数；取2.4
α─ 煤层倾角；煤层倾角为1°～15°，平均8°，取α=15°
2）按经验公式确定顶板载荷
P=a×m×r
=8×2.5×2.5=50t/m2= 0.5 Mpa
式中：a ─ 采高的倍数；取8
根据以上两式计算结果，支架的支护强度应不小于0.52 Mpa
2.支护架型方案确定：
根据以上综合要求，结合矿井现有地质条件和各工作面设备配套状况及经济节约考虑以ZF5200液压支架为模板，设计改造成前后两柱支撑式液压支架，并将尾梁承载支点改到顶梁上。
其基本结构参数如下：
支架高度：1600～2800mm； 宽度960～1030mm；
中心距：960mm； 支架初撑力：2682KN；
支架工作阻力：2600KN； 适应倾角：≤25°
端面距：456mm 额定工作压力：30Mpa；
（2） 立柱千斤顶的主要技术参数：
立柱：双伸缩立柱4根 缸径（大缸/中缸） Φ250/Φ180mm
柱径（中缸/活柱） Φ230/Φ160mm 行程1550mm
初撑力（P=31.5MPa）1546kN
工作阻力（P=38.7MPa）1900kN
2）推移千斤顶：1根
缸径/杆径：Φ160/Φ105 mm 行程：700 mm
拉架力/推溜力（P=31.5 MPa）：633 /360 kN
3） 前梁千斤顶2根
缸径/杆径：Φ180/Φ120 mm 行程：200 mm
推力/拉力：802 / 445 kN
支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN
4）尾梁千斤顶1根
缸径/杆径：Φ180/Φ120 mm 行程：545 mm
推力/拉力：802 / 445 kN
支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN
三，实体建模：
根据以上参数要求，采用solidworks建立实体模型如下图示：
四，强度校验：
整体支架根据现有实体支架建模，改变两个部分：支护宽度改为960mm；根据工作面机尾的现场支护特点及经验，减掉插板部分，为保证后溜机尾部分设备空间，将尾梁支撑点上移至顶梁上，对改变部分强度校验如下：
1.有限元分析尾梁承载状况：根据支架的支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN以矿常用钢材焊接模式，利用solidworks有限元分析尾梁的整体受力状态，分析得出最大载荷、最大位移量及最小安全系数。
分析表如下：
2.支架支护强度验算：W=FZ/A =2600/（3.59+1.5 ）x0.96x10=0.532MPa
W------液压支架支护强度，kN/m2
FZ------液压支架工作阻力，kN
A------支架的支护面积，m2
根据有限元分析尾梁最薄弱点在顶梁与尾梁的销轴铰链处，最小值为1.3倍。由图可见，其位置可以增加耳座厚度，且增加的空间范围较大，即最小强度值仍有较大增加空间；根据顶梁、前梁支护强度验算值0.532MPa>0.52 Mpa，满足强度要求；顶梁上的尾梁油缸座焊接材料尺寸与尾梁相同即可。
五，结束语：
综放工作面上出口支护支架在实际生产中，支护强度大，操作方便，与工作面大功率设备配套使用，提高了效率的同时增强了安全系数，获得了较好的使用效果。在以后的改造中，宽度控制到600～800mm之间，增加与正常架的关联部分，增加其稳定性，将更加完善。
参考文献：
[1] 丁邵南 液压支架设计 世界图书出版社
[2] 吴宗泽 机械工业设计手册 高等教育出版社
[3] 江 洪 solidworks有限元分析图解 机械工业出版社
作者简介
张二超（1974.12），男，汉族，江苏沭阳人，大学文化，助理工程师，现从事大屯煤电公司姚桥煤矿调度工作。
[关键词]综放工作面；出口支护；支护架型；支架支护强度
中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0259-02
随着科技推进，煤矿高效集约化生产技术的开发及高效能、高可靠性、大功率、重型化采煤装备的引用投入，有力的提升了矿井的生产能力。我矿单工作面装机功率达6000KW、设备投资三亿多元，整体装备的先进性、性能优越性达国际先进水平。然而，事物总在不断实践中得以修正升华：在生产应用中，受地质条件、采动压、断层等影响，综放工作面上出口经常出现撞帮安全出口不够或出口宽度过大的现象。撞帮时需人工扩建安全出口；出口宽度较大时需人工架设单体支护出口顶板：存在费工费力效率低下、安全风险高，其威胁安全的同时一直影响工作面整体装备协调性的发挥。克服综放工作面上出口支护问题的实用性和必要性是显而易见的！
根据现场受采动压影响，巷道易变形及工作面设备配套设施综合分析：我矿采用1500mm宽架型，整体支架重24吨以上，在工作面生产中刮板输送机上下微调及巷道变形受空间限制，很难实现机动调整，上出口的支护设备缺乏机动性、灵活性是其问题的根本。
一、综放工作面上出口支护的基本要求：
1. 满足支护强度适应顶板下沉、来压的变化，有效控制顶板，防止顶板冒落；
2. 满足底板压比，避免出现陷底影响支护性能和移架，具备良好的稳定性好；
3. 通用性，满足矿区各种架型的配套要求；保证安全的工作空间；
4. 便于操作、维护、易于拆卸，机动灵活；
5. 经济节约，在现有设备基础上改造应用；
6. 连接部分，加工以适应SGZ764/630、SGZ630/200、SGZ800/1050刮板输送机机尾筋板连接座的简易连接装置，进行连接以满足移架要求；
二、架型参数确定：
1.根据矿井现场实际顶板运动参数和顶板支护强度计算确定架型基本参数
1）用估算法确定顶板载荷
P=（m×r×n）/（ K-1）× cosα
=（2.5×2.5×2.4）/（1.3-1）× cos15°
=51.8t/m2=0.52 Mpa
式中：P ─ 支架单位面积上应有的荷载；t/m2
m ─ 煤层开采厚度；m，取2.5
r ─ 顶板岩石容重；t/m3，取2.5
k ─ 顶板岩石破碎膨胀系数；取1.3
n ─ 考虑顶板周期来压支架受力不均衡时的安全系数；取2.4
α─ 煤层倾角；煤层倾角为1°～15°，平均8°，取α=15°
2）按经验公式确定顶板载荷
P=a×m×r
=8×2.5×2.5=50t/m2= 0.5 Mpa
式中：a ─ 采高的倍数；取8
根据以上两式计算结果，支架的支护强度应不小于0.52 Mpa
2.支护架型方案确定：
根据以上综合要求，结合矿井现有地质条件和各工作面设备配套状况及经济节约考虑以ZF5200液压支架为模板，设计改造成前后两柱支撑式液压支架，并将尾梁承载支点改到顶梁上。
其基本结构参数如下：
支架高度：1600～2800mm； 宽度960～1030mm；
中心距：960mm； 支架初撑力：2682KN；
支架工作阻力：2600KN； 适应倾角：≤25°
端面距：456mm 额定工作压力：30Mpa；
（2） 立柱千斤顶的主要技术参数：
立柱：双伸缩立柱4根 缸径（大缸/中缸） Φ250/Φ180mm
柱径（中缸/活柱） Φ230/Φ160mm 行程1550mm
初撑力（P=31.5MPa）1546kN
工作阻力（P=38.7MPa）1900kN
2）推移千斤顶：1根
缸径/杆径：Φ160/Φ105 mm 行程：700 mm
拉架力/推溜力（P=31.5 MPa）：633 /360 kN
3） 前梁千斤顶2根
缸径/杆径：Φ180/Φ120 mm 行程：200 mm
推力/拉力：802 / 445 kN
支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN
4）尾梁千斤顶1根
缸径/杆径：Φ180/Φ120 mm 行程：545 mm
推力/拉力：802 / 445 kN
支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN
三，实体建模：
根据以上参数要求，采用solidworks建立实体模型如下图示：
四，强度校验：
整体支架根据现有实体支架建模，改变两个部分：支护宽度改为960mm；根据工作面机尾的现场支护特点及经验，减掉插板部分，为保证后溜机尾部分设备空间，将尾梁支撑点上移至顶梁上，对改变部分强度校验如下：
1.有限元分析尾梁承载状况：根据支架的支撑阻力：（P=38.7MPa）985kN以矿常用钢材焊接模式，利用solidworks有限元分析尾梁的整体受力状态，分析得出最大载荷、最大位移量及最小安全系数。
分析表如下：
2.支架支护强度验算：W=FZ/A =2600/（3.59+1.5 ）x0.96x10=0.532MPa
W------液压支架支护强度，kN/m2
FZ------液压支架工作阻力，kN
A------支架的支护面积，m2
根据有限元分析尾梁最薄弱点在顶梁与尾梁的销轴铰链处，最小值为1.3倍。由图可见，其位置可以增加耳座厚度，且增加的空间范围较大，即最小强度值仍有较大增加空间；根据顶梁、前梁支护强度验算值0.532MPa>0.52 Mpa，满足强度要求；顶梁上的尾梁油缸座焊接材料尺寸与尾梁相同即可。
五，结束语：
综放工作面上出口支护支架在实际生产中，支护强度大，操作方便，与工作面大功率设备配套使用，提高了效率的同时增强了安全系数，获得了较好的使用效果。在以后的改造中，宽度控制到600～800mm之间，增加与正常架的关联部分，增加其稳定性，将更加完善。
参考文献：
[1] 丁邵南 液压支架设计 世界图书出版社
[2] 吴宗泽 机械工业设计手册 高等教育出版社
[3] 江 洪 solidworks有限元分析图解 机械工业出版社
作者简介
张二超（1974.12），男，汉族，江苏沭阳人，大学文化，助理工程师，现从事大屯煤电公司姚桥煤矿调度工作。